Наукові основи удосконалення турбокомпресорних установок з газотурбінним приводом

У шостому розділі виконаний системний аналіз ефективності ВК п.г. і н.г., а також блоково-комплектних ТКА і ТКУ різного призначення. Оцінка ефективності зроблена з використанням системних характеристик у вигляді залежностей _ех=f(G_г). Як показують результати аналізу, для 2^х ступеневого ВК п.г. потужністю N_к=6,3 МВт і Р_к=7,45 МПа при (_ех^ССК)_max=0,82 інтегральна ефективність ВК із урахуванням роботи системи охолодження становить (_ех^ВК)_max=0,723, а область оптимуму по продуктивності зміщується з 91,0 кг/с до 87 кг/с, що зумовлено впливом гідравлічних характеристик АПО.

Рівень ефективності 2^х-корпусного ВК для ТКУ збору і транспорту нафтового газу потужністю 6,3 МВт (КС "Анастасівка") по величині (_ех^ВК)_max становить 0,567 при (G_г)_opt=14 кг/с (що на 15% менше проектного значення продуктивності першої секції (корпусу) стискування). При цьому ефективність першої і другої секцій (корпусів) стискування становить _ех^ССК1=0,857 і _ех^ССК2=0,815, а інтегральна ефективність каскадів стискування _ех^КСК1=0,588 і _ех^КСК2=0,526, відповідно.

Рівень ефективності 3^х-корпусного ВК аналізувався на прикладі компресора н.г. 16ГЦ-16/4-76 потужністю 16 МВт, що працює в складі агрегату типу ТКА-Ц-16 установки збору і транспорту нафтового газу. Його ефективність відповідно до системної характеристики ВК становить 0,479.

Методика системного аналізу, створена на основі комплексної моделі робочого процесу ТКУ в ексергетичних параметрах, дозволяє не тільки оцінювати ефективність ТКА (ГПА), але і здійснювати "налагоджування" ТКА на оптимальний режим роботи. Аналіз здійснений на прикладі першого вітчизняного агрегату з компресором у корозійностійкому виконанні ГПА-Ц-6,3/67К-2,2 і двигуном НК-12СТ-02 потужністю 6,3 МВт (рис.6).

Обчислювальний експеримент здійснювався при наступних умовах: максимальне значення _ех^ТКА на системній характеристиці, що з'єднує позначки режимів з розрахунковим значенням _к=2,2, повинне відповідати оптимальному режиму роботи ТКА по витраті палива; в основу аналізу покладені характеристики компресора НЦВ-6,3/67К-2,2; діапазон частот обертання ВК перекриває необхідний, виходячи з умови _к=const. Як видно з рис.6, оптимальний режим роботи з (_ех^ТКА)_max=0,216-0,2165 досягається при G_г=48,4 кг/с, N_ст=6,79 МВт і n_ст=8600 хв^-1 (розрахунковий режим ВК становить G_г41 кг/с при N_ст=6,3МВт і n_ст=8200 хв^-1).

Найпоширенішими в ГП є агрегати типу ГПА-Ц-6,3 і ГПА-Ц-16. Як показує аналіз, величина (_ех^ТКА)_max на оптимальному режимі для агрегатів типу ГПА-Ц-6,3 із ГТД НК-12СТ становить 0,183-0,216, а з двигуном типу Д-336 зростає до величини 0,245-0,247 і вище.

Оптимальний режим роботи ГПА з розрахунковою потужністю ВК 6,3МВт досягається в діапазоні N_ст=6,9-7,3 МВт і n_ст=8400-8600 хв.^-1. Таким чином, приводний двигун повинен мати відповідний запас потужності і частоти обертання ротора СТ тому, що оптимальний режим для агрегатів типу ГПА-Ц-6,3А досягається при G_г, що на 10-11% перевищують проектні параметри ВК. При цьому збільшення продуктивності на оптимальному режимі в порівнянні з розрахунковим значенням залежить від ефективності ГТД і форми газодинамічної характеристики ВК (крута або полога).

Вплив ГТП на ефективність ТКА аналізувався також стосовно агрегатів типу ГПА-Ц-16. Розглядалися агрегати, оснащені двигунами НК-16СТ і
НК-38СТ, а також АЛ-31СТ. Порівняльний аналіз ефективності агрегатів із ГТД різних поколінь показує, що якщо (_ех^ТКА)_max для агрегату із двигуном НК-16СТ становить 0,23, то ексергетичний ККД агрегату типу ГПА-Ц-16Л на основі АЛ-31СТ досягає 0,295, а з двигуном НК-38СТ _ех^ТКА=0,31. Оптимальний режим роботи агрегатів по термодинамічних характеристиках на основі ГТД НК-16СТ і АЛ-31СТ досягається при G_г=295 і 298 кг/с, відповідно.

Вплив ВК на ефективність ТКА проявляється через його основні параметри Р_к і _к. При їхній зміні (різні _к) змінюється співвідношення між механічною (тиск) і термічною (температура) складовими ексергії, що впливає на системну характеристику ТКА (ГПА) і рівень (_ех^ТКА)_max. Рівень (_ех^ТКА)_max зменшується з 0,2 (при Р_к>7,5 МПа) до 0,19 при Р_к=12,5 МПа, що обумовлено збільшенням незворотних втрат у ВК.

Допоміжні системи (насоси, вентилятори і т.ін.) не чинять істотного впливу на роботу агрегату п.г., тому що їхня сумарна потужність при роботі агрегата на МГ не перевищує 50-160 кВт.

Істотний вплив на ефективність ТКА має утилізація ТВГ. Це питання проаналізоване на прикладі агрегатів ГПА-Ц-16/76-1,44 і ГПА-Ц-6,3А/56. Величина (_ех^ТКА)_max агрегату типу ГПА-Ц-16 у випадку застосування утилізатора потужністю 9,2 МВт підвищується з 0,23 до 0,285, тобто більш, ніж на 23,5%. Ще більш помітний вплив утилізації ТВГ на ефективність агрегатів типу ГПА-Ц-6,3А.

Аналіз ефективності ТКУ п.г. двохцільового призначення (компримування газу і вироблення теплоти), створеної на основі агрегату ГПА-Ц-6,3А/76-1,45, здійснювався з використанням показника частки витрат наявної ексергії, що перетворюється в кожному з функціональних елементів установки (залежність (16). Величини ₁^ГТП, _п^ВК і _п^УТВГ характеризують окремий елемент як підсистему, що аналізується. Значення ₁^ГТП у всьому діапазоні значень потужності приводу (n_ст=8000-8800 мін^-1, N_ст=5,66-8,007МВт) становить 0,9978-0,9983, тобто весь п.г. і деяка кількість електроенергії перетворюються в потік ексергії, що використовується в ТКУ. Для двигуна типу Д-336 величина _ех^ГТП=0,291-0,314 показує, яка частка підведеної ексергії перетворюється в ГТД у корисну роботу, передану ВК. Практично вся підведена до ВК ексергія (_III^ССК=0,992-0,995) витрачається зі значною ефективністю (_ех^ССК=0,82-0,83) у процесі перетворення механічної енергії в енергію тиску газу. Частка витрат підведеної ексергії в АПО незначна (_IV^АПО=0,007-0,005) і використовується тільки для подолання гідравлічних втрат і приводу вентиляторів (енергетичні перетворення в АПО не відбуваються). Процес охолодження газу в АПО здійснюється досить ефективно, у зв'язку із чим _ех^АПО=0,965-0,98. Проте АПО впливає на ефективність ТКУ. Зокрема, _ех^ТКА агрегату типу ГПА-Ц-6,3А без АПО становить 0,247-0,255. У цілому ж ефективність ТКУ п.г., створеної на основі агрегату ГПА-Ц-6,3А/56-1,45, на оптимальному режимі становить (_ех^ТКУ)_max=0,225 (при G_г=104-108 кг/с; n=8625хв.^-1). Порівняння даних про ККД установки і питому витрату п.г. підтверджують раніше зроблений висновок про узгодження значень (_ех^ТКУ)_max і , що також підтверджує коректність створеної методики оцінки ефективності ТКУ.

Ще однією особливістю методики термодинамічного аналізу ТКУ на основі ексергетичного методу є можливість оцінки ступеня погодженості характеристик окремих елементів між собою по характеру зміни функції =f(G_г). Зокрема, зменшення або сталість значення при зміні G_г свідчить про задовільне співвідношення характеристик аналізованого елемента з попереднім елементом у складі КСК. При збільшенні значень функції =f(G_г) варто виконати поглиблений аналіз робочого процесу елементів КСК із метою коректування їхніх конструктивних характеристик і удосконалювання аналізованої підсистеми.

Термодинамічний аналіз ефективності установок н.г. із багатокаскадними ВК здійснювався на прикладі установки збору і транспорту н.г. УКТГ-1,5-6,3/0,35-2,6 потужністю 6,3 МВт КС газліфту нафти, а також установки збору і транспорту н.г. з агрегатом ТКА-Ц-16/4-76 потужністю 16 МВт.

Результати аналізу ексергетичних характеристик ТКУ УКТГ-1,5-6,3/0,35-2,6 (_г=23,3 кг/кмоль; Т_Гвх=293 К; Т_Гвих=323 К; Р_Гвх=0,4 МПа; Р_Гвих=2,6 МПа), показують, що при зміні масової продуктивності в діапазоні 13,8-20,4 кг/с (n=7600-8800 хв.^-1, N_ГТП=4,74-8,05 МВт) _ех^ТКУ змінюється в діапазоні 0,156-0,163 (_ех^ВК=0,845-0,855; _ех^ГТП=0, 275-0,314), а питома витрата палива (G_п.г./G_г^.10^-3) у діапазоні 24,03-25,05. При цьому величина (_ех^ТКУ)_max становить 0,163 і йому відповідає мінімальна витрата п.г., що дорівнює G_п.г./G_г^.10^-3 =24,03 (рис.7).

Збіг характеру зміни зазначених параметрів свідчить про коректність застосування методики ексергетичного аналізу ефективності ТКУ до складних систем, що включають фазовий перехід робочого середовища.

При дослідженні ефективності ТКУ збору і транспорту н.г., створеної на основі агрегату типу ТКА-Ц-16, аналізувалися витрати ексергії в робочому процесі секцій і каскадів стискування ВК агрегату і інші характеристики установки. Частка витрат наявної (підведеної) ексергії в ССК визначається співвідношенням величини ексергії, підведеної до секції стискування, де аналізується робочий процес (Е_СТкскj), до величини суми Е_СТкскj+Е_Екскj і в кожній із секцій має тенденцію до помітного зростання. Це зумовлено як збільшенням масової продуктивності, так і впливом незворотних втрат на роботу кожної наступної ССК.

Аналіз ефективності окремих секцій у складі каскадів стискування показав, що тільки для другої ССК, що працює при масовій продуктивності близької до розрахункового значення (G_г=26,25 кг/с), спостерігається оптимум _ех^ССК при G_г=26,5-27,5кг/с. Перша і особливо третя секції стискування, що працюють на правій ділянці газодинамічної характеристики, мають явно виражену тенденцію до падіння ефективності при збільшенні продуктивності по газу (значення _ех^ССК першої і третьої секцій становлять 0,805 і 0,702, відповідно). Це свідчить про те, що ПЧ компресора вимагає вдосконалювання з метою не тільки підвищення ККД ступенів і секцій стискування, розширення зони ефективної роботи ССК за рахунок вибору більше пологих газодинамічних характеристик, але і узгодження режимів роботи всіх елементів КСК, тобто ССК, АПО і ВС. Істотний вплив на режими роботи елементів КСК чинить при цьому процес конденсатоутворення в АПО, що виявляється при аналізі залежностей _ех^АПО1,2,3=f(G_г) і _ех^ВС2,3=f(G_г), а також залежностей _ех^КСК1,2,3=f(G_г).

Результати розрахункового аналізу інтегральної ефективності ТКУ н.г., створеної на основі агрегату ТКА-Ц-16/76-1,44, підтверджують, що ексергетичний метод аналізу ТС дозволяє виявити оптимальний режим роботи всього комплексу устаткування (рис.8).

Оптимальний режим роботи ТКУ при збігу показників (_ех)_max і (G_п.г.)_min досягається при G_г=28,0 кг/с. При цьому величина (_ех^ТКУ)_max досягає значення 0,123. Таким чином, при рівні ККД приводу _ех^ГТП0,27, створеного на основі двигуна НК-16СТ, у корисну роботу перетворюється, як бачимо, менше половини долі ексергії, переданої від СТ до ВК. Це свідчить про необхідність удосконалювання ВК у складі ТКУ. Причому не тільки його ПЧ, але і ретельного узгодження характеристик всіх елементів окремих каскадів стикування. З іншого боку, використання н.г. в якості палива ГТП економічно доцільно в тому випадку, коли з'являється завдання його утилізації в процесі видобутку нафти, а можливості для його більш ефективного використання (наприклад, переробки) тимчасово відсутні.

У сьомому розділі розглянуті завдання подальшого удосконалювання компресорного обладнання.

Блоково-комплектні ТКУ в багатьох випадках є багатофункціональними технічними системами, для яких і потрібна була розробка науково-методичних основ їхнього створення на основі методів системного аналізу. Освоєння виробництва ТКУ в СМНВО на основі підходів, розроблених автором, з використанням устаткування з 100% заводською готовністю, в 1,5-2 рази скоротило термін будівництва та освоєння виробничих потужностей, знизило матеріальні витрати і підвищило якість робіт при спорудженні об'єктів у віддалених, малоосвоєних районах нафто- і газовидобутку.

Принципово новими етапами в процесі створення блоково-комплектного компресорного обладнання є:

- підготовка техніко-комерційної пропозиції, в складі якої визначається структура технологічної та компоновочної схем ТКУ і, відповідно, вартісні характеристики, термін і умови реалізації проекту;

- поглиблений технологічний аналіз характеристик виробу, що забезпечує його нову якість та ефективність.

Ефективність блоково-комплектних ТКУ визначається конструктивною досконалістю їхніх систем, що можливо при використанні запропонованих вище методик, математичних моделей і підходів до узгодження характеристик всіх основних елементів компресора, ГТД, систем забезпечення їхньої роботи та системи керування. Цей підхід показав високу ефективність при створенні блоково-комплектних ТКА для КС багатьох МГ (Уренгой-Ужгород, Уренгой-Центр, Ямбург-Поволжя та ін.). З урахуванням досягнутого досвіду на основі агрегатів типу ГПА-Ц-16, ГПА-Ц-25С, ГПА-Ц-6,3А, ТКА-Ц-6,3А та ін. освоєно виробництво блоково-комплектних ТКУ різного призначення для ЛКС, КС ПХГ, ДКС МГ і КС НП, потужністю 6,3, 16 і 25 МВт, ТКУ газліфту нафти, "сайклінг"-процесу, збору і транспорту н.г. потужністю 6,3 і 16,0 МВт.

Запропоновані методи дослідження і удосконалювання устаткування дозволили збільшити напрацювання на відмову агрегатів типу ГПА-Ц-6,3 з 3,5 до 7,0 тис. годин, а агрегатів типу ГПА-Ц-16 - з 2,5 до 5,0 тис. годин.

Подальше удосконалювання блоково-комплектних ТКА і ТКУ тісно пов'язане з розвитком і застосуванням нових методів досліджень і конструювання ВК і ГТД. В області ВК основними напрямками їх подальшого удосконалювання слід вважати:

1. Створення ПЧ з використанням сучасних методів математичного і фізичного моделювання (розрахунок течії робочого середовища в елементах ВК по заданій геометрії із залученням тривимірних моделей, створених, зокрема, в ІПМаш НАНУ; фізичне моделювання ПЧ, розроблених на цій основі; розрахунок характеристик ВК із використанням ПОК, створюваного разом з НАКУ "ХАІ").

Такий метод конструювання ПЧ ВК дозволить створити уніфікований ряд ступенів ВК із підвищеним ККД (приблизно, на 3-4% для середньовитратних ступенів) і розширити область ефективного застосування мало- і високовитратних ступенів, що мають робочі колеса радіального або осерадіального типу.

2. Створення турбокомпресорів для в.с. на основі застосування безмастильних роторних систем. Уперше у вітчизняній практиці безмастильний компресор НЦ-16М/76-1,44 в СМНВО був створений в 1992р. і встановлений на КС "Сизрань" (ДП "Самаратрансгаз", ВАТ «Газпром»). Система наддуву та вентиляції електромагнітних підшипників і ТГДУ в безмастильних ВК виконана на основі вихрового компресора ВХ 2-5/1,02, створеного за участю автора.

3. Впровадження систем діагностування технічного стану, що є одним з напрямків подальшого удосконалювання конструкції і методів експлуатації турбокомпресорів.

Вирішальний вплив на підвищення технічного рівня блоково-комплектних ТКУ мають характеристики ГТП, створюваного на основі конвертованих АГТД і СГТД.

У зв'язку з цим розвиток принципів конвертування авіаційних і суднових ГТД зі складним робочим циклом є перспективним напрямком розвитку блоково-комплектних ТКА. Для цього за результатами аналізу схем ГТП потужністю 6,3 і 10МВт ГТД типу Д-336 і АІ-336 конструкції ДП ЗМКБ "Івченко-Прогрес" запропоновані варіанти створення промислових ГТД із залученням циклу Брайтона, із проміжним охолодженням повітря в компресорі і регенерацією теплоти вихлопних газів; з упорскуванням і регенерацією води; схема бінарного циклу та інші. Це дозволяє підвищити ефективний ККД ПГТП потужністю 10 МВт до 44-46,3% замість 36%.

На основі результатів сучасного дослідження, а також узагальнення результатів робіт інших авторів сформульовані наступні принципові положення, які слід враховувати надалі при створенні ПГТП для ГП і НП, а також теплоенергетики та комунального господарства:

1. Вибір характеристик ВК і ГТД повинен виконуватися на основі системного аналізу ефективності ТКА і ТКУ з використанням положень першого та другого законів термодинаміки. Досягнення оптимального режиму роботи ТКА і ТКУ забезпечується не тільки за рахунок збереження балансу потужності СТ двигуна та ВК на розрахунковому режимі, але й завдяки врахуванню їхніх системних властивостей, що виявляються в процесі взаємодії двох турбомашин (ВК+ГТД), що мають істотно різні характеристики в досліджуваному діапазоні потужностей і що виявляється завдяки застосуванню другого закону термодинаміки з використанням ексергетичного ККД агрегату і установки.

2. Схема робочого циклу ГТП і його параметри повинні забезпечувати високий ресурс роботи та економічність. Вітчизняний досвід застосування конвертованих ГТД авіаційного і суднового типу останніх поколінь у ГП, НП і енергетиці показує, що по економічності ГТП, створюваний на їхній основі, відповідає світовому рівню (_е=0,31-0,36 при N_ст=6,3-16 МВт, відповідно). Однак, за ресурсом та експлуатаційними витратами конвертовані ГТД поступаються сучасним двигунам промислового типу. У зв'язку з цим створення ПГТП на основі авіаційних та суднових двигунів є досить актуальним завданням. Однак, для цього потрібне освоєння схем ГТП-СЦ із урахуванням досвіду створення і експлуатації кращих ПГТД, ресурс роботи яких становить 200 тис. годин і більше.

3. Вибір конструктивної схеми нових ПГТД повинен виконуватися з урахуванням стану і перспектив розвитку блоково-комплектного компресорного устаткування. Досвід доведення і експлуатації конвертованих ГТД із трьох- і чотирьохвальною конструктивною схемою свідчить про доцільність створення високоресурсних ПГТД по двохвальній схемі із застосуванням гідродинамічних або електромагнітних підшипників, а також інших конструктивних рішень, характерних для ПГТД.

4. Система керування і регулювання ГТД повинна відповідати системному підходу до створення комплексної АСУ ТКА й ТКУ і забезпечувати оптимізацію роботи ГТП у складі діючого комплексу обладнання. Це можливо при створенні інтегрованої багаторівневої системи управління і діагностування (САУД) на основі алгоритмів, що використовують інтегральні показники ефективності ВК, ТКА і ТКУ, отримані в справжній роботі на основі ексергетичного методу дослідження.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

Результатом дисертаційної роботи є рішення важливої науково-практичної проблеми, пов'язаної зі створенням блоково-комплектних ТКУ і КС ГП і НП різного призначення, розробкою наукових основ і методології системного аналізу, удосконалюванням конструкцій і режимів їхньої роботи.

Основні результати і висновки дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. Виконано аналіз особливостей робочого процесу блоково-комплектних ТКУ, одно- і багатокаскадних ВК і ГТП. Із залученням методу ексергетичного аналізу розроблена методика визначення їх ексергетичного ККД, що використовується як інтегральний критерій ефективності різних типів блоково-комплектного компресорного обладнання.

2. З використанням ексергетичного ККД проаналізована ефективність ВК і ГТП, що створюються на основі АГТД потужністю від 6,3 до 25 МВт, АПО н.г. і вихрових сепараторів. Установлено істотний вплив утилізації ТВГ на ефективність ТКА і показана можливість її використання для підвищення ефективності ГТП за рахунок підігріву п.г., реалізації схем ГТП-СЦ; підвищення ефективності блоково-комплектних КС за рахунок застосування теплофікаційного циклу або бінарного циклу при виробітку електроенергії.

3. Здійснено експериментальне відпрацьовування проточних частин ВК різного призначення для уніфікованого ряду ГПА типу ГПА-Ц-6,3 потужністю 6,3 МВт для ЛКС, ДКС, станцій ПХГ із _к=1,45-2,2; агрегатів типу ГПА-Ц-16 для ЛКС і КС ПХГ потужністю 16 МВт; ВиК для систем наддуву при створенні ВК потужністю 16 і 25 кВт з безмастильними і комбінованими роторними системами.

4. На основі аналізу особливостей робочого процесу ТКУ ГП і НП здійснена структуризація ТС установок і з використанням методу декомпозиції створена ММ робочого процесу для його розрахункового дослідження і подальшого технологічного проектування схем із застосуванням системи автоматизованих розрахунків технологічних установок КС (САРТУ-КС). Верифікація ММ на основі порівняння розрахункових газодинамічних характеристик і характеристик ВК натурного зразка ТКУ газліфту нафти здійснена в процесі випробувань і доведення установки потужністю N=6,3 МВт у складі КС "Анастасівка" ВАТ "Укрнафта".

5. Із застосуванням створеного за участю автора комплексу САРТУ-КС, що використовується в практиці роботи СКБ ТКМ СМНВО, виконаний аналіз характеристик установок транспорту п.г. і н.г. потужністю 6,3 МВт і 16 МВт; газліфту нафти потужністю 6,3 і 16 МВт; установки "сайклінг"-процесу УКСП-16/500 потужністю 16 МВт, що використовуються при експлуатації газоконденсатного родовища (КС "Тимофіївська", ГПУ "Полтавагазвидобування").

6. На основі системного підходу і ексергетичного методу аналізу створена методика оцінки інтегральної ефективності ТКУ і її функціональних підсистем: ТКА, ВК і каскаду стискування. Показником ефективності при цьому є ексергетичний ККД, що показує яка частка підведеної ексергії використовується для одержання корисної роботи в ВК, ТКА і ТКУ.

7. З урахуванням особливостей ексергетичних характеристик ВК і ГТП виявлена системна характеристика ТКА (_ех^ТКА=f(G_г) і ТКУ (_ех^ТКУ=f(G_г), особливістю якої є наявність термодинамічного оптимуму, значення і положення якого залежить від характеристик конкретних модифікацій ВК, ГТП та інших функціональних елементів. Оптимум системної характеристики _ех^ТКУ=f(G_г) відповідає найбільш економічному режимові роботи ГТП по величині витрати п.г. В процесі аналізу отримані системні характеристики агрегатів типу ГПА-Ц-6,3М; ГПА-Ц-6,3А; ГПА-Ц-6,3К; ГПА-Ц-16 з приводами різного типу, а також блоково-комплектних ТКУ збору і транспорту н.г. потужністю 6,3 і 16 МВт.

8. З використанням характеристик ВК і ГТП потужністю від 6,3 до 25МВт на основі ексергетичного підходу здійснений термодинамічний аналіз ефективності ВК, ТКА і ТКУ різного призначення. Їхня інтегральна ефективність оцінюється в такий спосіб:

- ефективність однокаскадного ВК N=6,3 МВт із кінцевим АПО становить _ех^ВК=0,71-0,73; 2^-х-каскадного ВК н.г. N=6,3 МВт із проміжним і кінцевим АПО _ех^ВК=0,56, а 3^-х-каскадного ВК н.г. N=16 МВт _ех^ВК=0,479; істотний вплив на ефективність багатокаскадних ВК справляє рівень погодженості характеристик окремих ССК і каскадів стискування;

- ефективність агрегатів типу ГПА-Ц-6,3 перебуває в діапазоні 0,183-0,247, а для нових конструкцій агрегатів типу ГПА-Ц-16 з двигунами АЛ-31СТ і НК-38СТ _ех^ТКА=0,295-0,31, відповідно;

- ефективність однокаскадних ТКУ п.г., створених на основі агрегатів типу ГПА-Ц-6,3 різних поколінь, змінюється в діапазоні 0,18-0,225; 2-^х-каскадної ТКУ н.г. з агрегатом типу ТКА-Ц-6,3А _ех^ТКУ=0,163, а 3^-х-каскадної ТКУ н.г. на основі агрегату ТКА-Ц-16 _ех^ТКУ=0,123.

9. Створено методику технологічного проектування блоково-комплектних ТКА і ТКУ з 100% заводською готовністю, що дозволяє здійснювати проектування об'єктів газової і нафтової промисловості на умовах "під ключ". Методика застосовується в СКБ ТКМ СМНВО в процесі створення, доведення і експлуатації блоково-комплектних ТКУ.

10. Виконано аналіз основних параметрів сучасних АГТД і сформульовані пропозиції відносно подальшого розвитку принципів їхнього конвертування і створення високоресурсного ГТД промислового типу. Розрахунковий аналіз параметрів ГТД-СЦ, що створюються на основі двигунів типу Д-336 і АІ-336, показав, що за рахунок реалізації різних схем ГТД-СЦ можуть бути створені ГТП потужністю 6,3-10 МВт із ефективним ККД 32,8-46,3%, відповідно.

11. Сформульовано основні напрямки подальшого розвитку і удосконалювання блоково-комплектного компресорного обладнання для ГП і НП. Здійснено аналіз перспектив розвитку конструкцій ВК і можливості їхнього вдосконалювання за рахунок освоєння нового методу проектування ПЧ радіальних і осерадіальних ступенів, застосування нових конструктивних схем, у тому числі безмастильних компресорів, а також впровадження АСТД.

Скорочення: АПО - апарат повітряного охолодження; АГТП (Д) - авіаційний газотурбінний привід (двигун); АСУ - автоматизована система управління; АСТД - автоматизована система технічного діагностування; БККУ - блоково-комплектна компресорна установка; ВАТ - відкрите акціонерне товариство; в.г. - вуглеводневий газ; в.с. - вуглеводнева суміш; ВТ - (компресор) високого тиску; ВК - відцентровий компресор; ВиК - вихровий компресор; ВС - відцентровий сепаратор; ГПА - газоперекачувальний агрегат; ГП - газова промисловість; ГПЗ - газопереробний завод; ГТД-СЦ - газотурбінний двигун складного робочого циклу; ГТП-ПЦ - газотурбінний привід простого робочого циклу; ГТС - газотранспортна система; ДКС - дотискувальна компресорна станція; ДП - державне підприємство; ЗАТ - закрите акціонерне товариство; ЗМКБ - Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро; ККД - коефіцієнт корисної дії; КС - компресорна станція; КСК - каскад стискування компресора; ЛКС - лінійна компресорна станція; МГ - магістральний газопровід; ММ - математична модель; НАКУ - Національний аерокосмічний університет; НТ - (компресор) низького тиску; н.г. - нафтовий газ; НДР - науково-дослідна робота; НП - нафтова промисловість; НВО - науково-виробниче об'єднання; НВКГ - науково-виробничий комплекс газотурбобудування; ПГТП (Д) - промисловий газотурбінний привід (двигун); п.г. - паливний газ, природний газ; ПОК - програмно-обчислювальний комплекс; ПСГ - підземне сховище газу; ПЧ - проточна частина; САУД - система автоматизованого управління і діагностування; САРТУ-КС - система автоматизованих розрахунків технологічних установок компресорних станцій; СГТД - судновий газотурбінний двигун; СКБМ - Самарське конструкторське бюро машинобудування; СКБ ТКМ - спеціальне конструкторське бюро турбокомпресорних машин; СМНВО - Сумське машинобудівне науково-виробниче об'єднання; СНТК - Самарський науково-технічний комплекс; СТ - силова турбіна; ССК - секція стискування компресора; ТВГ - теплота вихлопних газів; ТГДУ - торцеве газодинамічне ущільнення; ТКА - турбокомпресорний агрегат; ТКУ - турбокомпресорна установка; ТОВ - товариство з обмеженою відповідальністю; ТП - технологічний процес; ТС - технологічна схема; УТВГ - утилізатор теплоти вихлопних газів; ЕГ - електрогенератор; ЕМП - електромагнітний підшипник.

Позначення: D - дисипація; Е - потік ексергії; е - питома ексергія; G - масова витрата; Н - напір; i - ентальпія; k - показник адіабати; l - питома робота; N - потужність; n - частота обертання; s - ентропія; - збільшення; - коефіцієнт корисної дії; - частка наявної ексергії; - молекулярна маса; - відношення тисків; - сума; у - коефіцієнт перетворення ексергії; Ц- умовний коефіцієнт витрати; ш - коефіцієнт напору.

Числа подібності: M_u2 - умовне число Маха; Re_u2 - умовне число Рейнольдса.

Індекси: верхні - Q - параметр теплового потоку; АПО - параметр АПО; вх, ' - параметр входу; ВК - параметр ВК; ВС - параметр вихрового сепаратора; вих, " - параметр виходу; - - середнє значення; ГТП - параметр ГТП; КСК_j - поточний параметр КСК; н - незворотні (втрати); ССК - параметр ССК; ТКА - параметр ТКА; ТКУ - параметр ТКУ; УТВГ - параметр УТВГ; нижні - 0 - параметр вхідного перетину; 1,2 - початок і кінець процесу; е - ефективне значення (ККД); ех - ексергетичний параметр; i,j - поточне значення (параметра); max - найбільше значення; min - найменше значення; opt - оптимальне значення; Q - параметр теплового потоку; s - ізоентропний (ККД); tr - транзитний (потік); u₂ - колова швидкість робочого колеса на периферії; а - параметр навколишнього середовища; АПО - параметр АПО; АД - адіабатний (ККД); агр. - параметр агрегатів двигуна; ВГ_гтп - потік ексергії вихлопних газів із ГТП; ВС - параметр вихлопної системи; ВГ_утвг - потік ексергії вихлопних газів в УТВГ; від - відбір (повітря); ВК - параметр відцентрового компресора; вих., вх. - вихідний, вхідний (параметр); г - параметр газу; Г_вх,вих - параметр газу на вході (виході); ГК - параметр газового конденсату; ГК_ВК - потік ексергії газового конденсату після ВК; доп - допустиме значення; к - кінцеве значення; КГ - параметр газу, що компримується; КГ_ВК - параметр газу, що компримується в ВК; КСК_j - поточний параметр КСК; КСК_1,2,3 - параметри 1-го, 2-го, 3-го КСК; мех - механічний (ККД, потужність); п - політропний, початковий (тиск); П_гтп - потік ексергії повітря в ГТП; П_вк - повітря на охолодження газу після ВК; ППС - параметр повітряприймальної системи; р - параметр ротора; сек - параметр секції стискування; с - середнє значення; СП_гтп - потік ексергії стиснутого повітря від ГТП; ССК - параметр секції стискування компресора; СТ - параметр СТ; СТ_гтп - потік ексергії від СТ приводу; СТ_КСКj - поточне значення потоку ексергії від СТ до КСК; СТ_ВК - потік ексергії від СТ до ВК; СТ_ег - потік ексергії від СТ на електрогенератор; т - термомеханічна (питома) ексергія; п.г. - параметр паливного газу; ПГ_гтп - потік ексергії паливного газу в ГТП; ТН_утвг - потік ексергії теплоносія в УТВГ; ц.п. - параметр циклового повітря; Е_гтп - ексергія потоку електроенергії, що подається на ГТП; Е_КСКj - поточне значення потоку ексергії на КСК у вигляді електроенергії; Е_утвг - ексергія потоку електроенергії, що подається на УТВГ; Е_ВК - ексергія потоку електроенергії, що подається на ВК; Е_ег - потік ексергії від електрогенератора.

Список опублікованих робіт по темі дисертації

1. Метод диагностирования технического состояния нагнетателя / В.П. Парафейник, А.М. Хорощенко, С.К. Королев, В.М. Минько // Газовая промышленность. 1985. №8. С. 22-25.

2. Разработка и исследование нагнетателя газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16 / [А.И. Апанасенко, В.П. Парафейник, С.В. Барнев, В.И. Данилейко, Ю.Ф. Комлык, В.Е. Сухиненко, Н.Д. Федоренко]. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1986. №1. С. 20-22.

3. Проектирование блочно-комплектных компрессорных установок с применением программно-вычислительного комплекса САРТУ-КС / А.Б. Братков, Ю.С. Бухолдин, В.П. Парафейник, О.Г. Голубков // Химическое и нефтяное машиностроение. 1989. №8. С. 22-26.

4. Парафейник В.П. Программно-вычислительный комплекс САРТУ-КС для проектирования и исследования компрессорных установок газовой и нефтяной промышленности / В.П. Парафейник, Ю.С. Бухолдин, А.Б. Братков // Химическое и нефтяное машиностроение. 1990. №7. С. 21-22.

5. Парафейник В.П. Выбор проектных параметров центробежных компрессоров с газотурбинным приводом для нефтяной промышленности / В.П. Парафейник, В.Н. Довженко, Ю.С. Бухолдин // Компрессорная техника и пневматика. 1994. Вып.3. С. 66-69.

6. Парафейник В.П. Проектирование блочно-комплектных компрессорных станций и установок газовой и нефтяной промышленности / В.П. Парафейник, Ю.С. Бухолдин, В.Н. Довженко // Химическое и нефтяное машиностроение. 1995. №9. С. 16-20.

7. Блочно-комплектная турбокомпрессорная установка высокого давления для "сайклинг"-процесса / В.Е. Сухиненко, В.П. Парафейник, В.И. Данилейко, В.С. Королев // Химическое и нефтяное машиностроение. 1995. №8. С. 4-8.

8. Парафейник В.П. Термодинамическая эффективность и особенности проектирования сепараторов углеводородной смеси для компрессорных установок нефтяной промышленности / В.П. Парафейник // Химическое и нефтяное машиностроение. 1996. №4. С. 42-47.

9. Парафейник В.П. Термодинамическая эффективность турбокомпрессорных установок газовой и нефтяной промышленности / В.П. Парафейник // Компрессорная техника и пневматика. 1996. Вып. 1-2 (10-11). С. 44-54.

10. Парафейник В.П. Термодинамический анализ эффективности турбо-компрессорных агрегатов типа ГПА-Ц с газотурбинным приводом / В.П. Парафейник // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1997. №5. С. 27-31.

11. Парафейник В.П. Турбокомпрессорные агрегаты газовой и нефтяной промышленности с авиационным и судовым приводом / В.П. Парафейник, В.Н. Орлов, А.В. Коваленко // Теплоэнергетика. 1997. №11. С. 42-50.

12. Евенко В.И. Анализ некоторых схем утилизации теплоты уходящих

газов газотурбинного привода турбокомпрессорных агрегатов / В.И. Евенко, В.П. Парафейник // Теплоэнергетика. 1998. №12. С. 48-51.

13. Парафейник В.П. Методические основы анализа термодинамической эффективности турбокомпрессорных агрегатов с газотурбинным приводом / В.П. Парафейник // Компрессорная техника и пневматика. 1998. Вып. 18-19. С. 12-22.

14. Створення проточних частин відцентрових компресорів для газо-перекачувальних агрегатів нового покоління потужністю 6,3 МВт. Ч1 / [В.П. Парафійник, В.М. Довженко, С.І. Наконечний, Є.Л. Фурса, О.П. Усатенко]. // Нафтова і газова промисловість. 1999. №5. С. 41-47.

15. Створення проточних частин відцентрових компресорів для газо-перекачувальних агрегатів нового покоління потужністю 6,3 МВт. Ч2 / [В.П. Парафійник, В.М. Довженко, С.І. Наконечний, Є.Л. Фурса, О.П. Усатенко]. // Нафтова і газова промисловість. 1999. №6. С. 40-44.

16. Парафейник В.П. Авиационный привод турбокомпрессорных агрегатов газовой и нефтяной промышленности и перспективы повышения его эффективности / В.П. Парафейник // Авиационно-космическая техника и технология. Х., 1999. Вып. 9. С. 32-43.

17. Бухолдин Ю.С. Исследование режимов работы компрессорных установок Анастасьевской КС при работе на нефтяном газе с различной молекулярной массой / Ю.С. Бухолдин, В.П. Парафейник, С.М. Ванеев // Вестник Национального технического университета Украины "КПИ". 1999. Т.2, №2. С. 256-262.

18. Парафейник В.П. Оценка термодинамической эффективности энерготепловых схем турбокомпрессорных агрегатов газовой промышленности с газотурбинным приводом / В.П. Парафейник // Промышленная теплотехника. 1999. Т.21, №2-3. С. 26-34.

19. Опыт исследования и доводки проточных частей центробежных компрессоров природного газа мощностью 16 МВт / [В.П. Парафейник, В.Н. Довженко, С.И. Наконечный, С.В. Барнев, А.П. Усатенко]. // Технологии в машиностроении - Х., 2000. Вып. 111. С. 84-93.

20. Проблемы совершенствования турбокомпрессорных агрегатов газовой и нефтяной промышленности на основе применения конвертированных авиационных двигателей / [Е.Д. Роговой, В.П. Парафейник, О.Ф. Муравченко, С.В. Епифанов. С.Д. Фролов]. // Авиационно-космическая техника и технология. Х., 2000. Вып.19. С. 26-40.

21. Парафійник В.П. Науково-методичні основи створення блочно-комплектного компресорного обладнання для газової і нафтової промисловості. Ч.1 / В.П. Парафійник // Нафтова і газова промисловість. 2000. №3. С. 32-36.

22. Парафійник В.П. Науково-методичні основи створення блочно-комплектного компресорного обладнання для газової і нафтової промисловості. Ч.2 / В.П. Парафійник // Нафтова і газова промисловість. 2000. №4. С. 40-43.

23. Парафейник В.П. Термодинамическая эффективность газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом / В.П. Парафейник, В.И Евенко // Промышленная теплотехника. 2000. Т.22, №1. С. 30-36.

24. Опыт внедрения и эксплуатации бессмазочных центробежных компрессоров природного газа мощностью 16 МВт / [Е.Д. Наумов, А.Г. Овсиенко, В.П. Парафейник, В.Р. Пшик, Е.И. Емельяненко, В.И. Данилейко]. // Компрессорная техника и пневматика. 2001. №8. С. 7-10.

25. Оптимизация режима работы турбокомпрессорного агрегата углеводородного газа с авиационным приводом простого цикла / [В.П. Парафейник, С.Д. Фролов, В.Ш. Эрсмамбетов, Ю.В. Шахов]. // Промышленная теплотехника. 2001. Т.23, №3. С. 78-82.

26. Анализ влияния систем газотурбинного привода на эффективность работы турбокомпрессорного агрегата / О.Ф. Муравченко, В.П. Парафейник, С.В. Епифанов, Р.Л. Зеленский // Авіаційнокосмічна техніка і технологія. Х., 2001. Вип. 26. С. 24-30.

27. Исследование характеристик компрессорной установки газлифта нефти мощностью 6,3 МВт в процессе ее опытно-промышленных испытаний на Анастасьевской КС / Ю.С. Бухолдин, В.П. Парафейник, В.М. Татаринов, С.М. Ванеев // Вестник Национального технического университета "Харьковский политехнический институт": сб. научных трудов. Х., 2001. Вып. 129, ч.2.С. 325-331.

28. Анализ обобщенной схемы комплексной энерготехнологической установки углеводородных газов на основе эксергетического метода / В.П. Парафейник, С.Д. Фролов, И.И. Петухов, Ю.В. Шахов // Промышленная теплотехника. 2002. Т.24, №5. С. 63-68.

29. Парафейник В.П. Концепция создания программно-вычислительного комплекса для анализа эффективности турбокомпрессорных установок с газотурбинным приводом / В.П. Парафейник // Промышленная теплотехника. 2003. Т.25, №4. С. 454-456.

30. Парафейник В.П. Научные основы проектирования блочно-комплектных турбокомпрессорных агрегатов и установок с газотурбинным приводом / В.П. Парафейник // Удосканалювання турбоустановок методами математичного і фізичного моделювання: зб. наукових праць. Х., 2003. С. 36-46.

31. Системный анализ эффективности блочно-комплектной турбокомпрессорной установки природного газа с авиаприводом / В.П. Парафейник, И.И. Петухов, С.Д. Фролов, Ю.В. Шахов // Вісник двигунобудування. 2003. №2. С. 29-36.

32. Перспективы развития газотурбинного привода для компрессорных агрегатов и установок углеводородных газов / [А.В. Коваленко, О.Ф. Муравченко, Ю.С. Бухолдин, В.П. Парафейник, С.В. Епифанов, С.Д. Фролов]. // Газотурбинные технологии. 2003. №2 (23). С. 2-6.

33. Особенности конструкции центробежных компрессоров Сумского НПО им. М.В. Фрунзе / [В.И. Данилейко, В.Н. Довженко, С.И. Карпенко, Е.Д. Роговой, В.П. Парафейник]. // Газотурбинные технологии. 2004. №4 (31). С. 18-21.

34. Петухов И.И. Оценка эффективности процесса сжатия реального газа в неохлаждаемом компрессоре / И.И. Петухов, А.В. Минячихин, В.П. Парафейник//Двигатели внутреннего сгорания. 2004. Вып. 2. С. 85-89.

35. Термодинамический анализ эффективности АВО в составе компрессорной установки нефтяного газа / В.П. Парафейник, И.И. Петухов, В.Н. Сырый, Ю.В. Шахов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004. №8. С. 23-27.

36. Парафейник В.П. Современные тенденции в создании блочно-комплектного компрессорного оборудования с применением ГТД / В.П. Парафейник, Ю.С. Бухолдин // Газотурбинные технологии. 2005. №3 (38). С. 20-26.

37. Парафейник В.П. Системный подход к анализу режима работы газотурбинного привода турбокомпрессорного агрегата / В.П. Парафейник // Промышленная теплотехника. 2006. Т.28, №3. С. 54-61.

38. Парафейник В.П. Повышение эффективности турбокомпрессорной установки газовой промышленности на основе системного анализа режимов её работы / В.П. Парафейник, И.И. Петухов, Ю.В. Шахов // Проблемы машиностроения. 2006. Т.9, №4. С. 11-18.

39. Развитие принципов конвертирования авиационных ГТД с целью создания на их основе промышленного газотурбинного привода /С.В. Епифанов, П.Д. Жеманюк, В.П. Парафейник, И.И. Петухов // Вестник двигателестроения. 2007. №3. С. 70-76.

40. Парафейник В.П. Системный анализ эффективности турбокомпрессорных установок для газовой и нефтяной промышленности / В.П. Парафейник // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2007. №8. С. 44-48.

41. А.с. 1052694 СССР, МКИ F02С7/20. Газотурбинная силовая установка / [А.К. Быков, М.Т. Василишин, Ю.Ф. Комлык, В.М. Лукьяненко, В.И. Павлов, В.П. Парафейник, Н.Д. Федоренко, В.А. Хорев (СССР)]. №3394217/25-06; заявл. 11.02.82; опубл. 07.11.83. Бюл. №41.

42. Пат. 32820А України, МПК 6 F 04D 25 / 00. Компресорна установка для збирання і транспортування нафтового газу / С.Д. Фролов, В.В. Сманцер, В.І. Кобзистий, В.П. Парафійник, А.В. Сінявін; заявник і патентовласник Харківський авіаційний інститут ім. М. Є. Жуковського. №98052253; заявл. 04.05.1998; опубл. 15.02.2001. Бюл. №1 (ІІ ч. ).

АНОТАЦІЯ

Парафійник В.П. Наукові основи удосконалення турбокомпресорних установок з газотурбінним приводом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктори технічних наук за спеціальністю 05.05.16 - турбомашини та турбоустановки. Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, Харків, 2008.

Дисертація присвячена дослідженню та розробці блоково-комплектних турбокомпресорних установок (ТКУ) та агрегатів з газотурбінним приводом для компресорних станцій магістральних газопроводів, підземних сховищ газу, газліфта нафти, зворотнього закачування природного і нафтового газу, які дозволяють створювати і впроваджувати в експлуатацію об'єкти газової та нафтової промисловості на умові «під ключ».

На підставі запропонованих математичних моделей створено методики аналізу та розробки технологічних схем ТКУ і турбокомпресорних агрегатів, які виготовляються на основі відцентрових компресорів і газотурбінних двигунів авіаційного та суднового типу.

Математичні моделі створено на підставі аналітичних та експериментальних досліджень елементів ТКУ, структуризації технологічних схем, використання інтегрального критерію їх ефективності, у якості якого вживається ексергетичний ККД.

Використання системного методу аналізу і ексергетичного підходу при виконанні термодинамічного аналізу технологічних схем ТКУ дозволяє виявити оптимальний режим експлуатації установки, що відповідає мінімальним витратам паливного газу газотурбінного двигуна.

Методики дослідження і проектування впроваджено в практику діяльності Спеціального конструкторського бюро турбокомпресорних машин ВАТ «Сумське НВО ім. М.В. Фрунзе».

Ключові слова: турбокомпресорна установка, системний метод, термодинамічний аналіз, ексергетичний підхід, відцентровий компресор, газотурбінний привід.

Аннотация

Парафейник В.П. Научные основы совершенствования турбокомпрессорных установок с газотурбинным приводом. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.16 - турбомашины и турбоустановки. Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, Харьков, 2008.

Диссертация посвящена исследованию и разработке блочно-комплектных турбокомпрессорных установок (ТКУ) и агрегатов с газотурбинным приводом (ГТП) для компрессорных станций магистральных газопроводов, подземных хранилищ газа, газлифта нефти, обратной закачки природного и нефтяного газа.

Выполнен анализ особенностей рабочего процесса блочно-комплектных ТКУ и обоснован выбор эксергетического метода для исследования характеристик и интегральной оценки эффективности блочно-комплектных компрессорных установок, создаваемых на основе центробежных компрессоров (ЦК) и конвертированных газотурбинных двигателей (ГТД) авиационного или судового типа.

С использованием эксергетического метода выполнен аналіз эффективности одно- и многокаскадных ЦК, ГТП, АВО нефтяного газа и вихревых сепараторов щелевого типа. На этой основе, а также результатов структуризации технологических схем (ТС) ТКУ сформулированы требования к математическим моделям (ММ), а также к соответствующим программно-вычислительным комплексам для анализа и проектирования ТС, а также для оценки их эффективности с использованием интегральных критериев.

Осуществлена экспериментальная отработка проточных частей ЦК мощностью 6,3-16,0 МВт для линейных и дожимных компрессорных станций, станций подземных хранилищ газа, а также вихревых компрессоров для систем наддува роторных систем бессмазочных ЦК.

С использованием экспериментальных данных, а также результатов аналитического исследования элементов ТКУ с применением метода декомпозиции ММ реализована в виде системы автоматизированных расчетов технологических установок КС (САРТУ-КС), с помощью которой выполнены анализ характеристик и проектирование ТС блочно-комплектных ТКУ различного назначения, эксплуатируемых на КС нефтяной и газовой промышленности.

На основе системного подхода и эксергетического метода анализа впервые в компрессоростроении разработана методика оценки эффективности ТС блочно- комплектных ТКУ с ГТП, позволяющая выявить термодинамический оптимум при работе ТКУ на различных режимах, который совпадает с минимумом удельного расхода топливного газа в ГТП. С ее использованием выполнен анализ эффективности блочно-комплектных агрегатов и установок, созданных на основе ЦК и ГТД НК-12СТ, Д-336-1/2, НК-16СТ, АЛ-31СТ, НК-36СТ и других, а также выявлены имеющиеся недостатки в конструкции ТКУ, в частности, сбора и транспорта нефтяного газа мощностью 16 МВт. Показана возможность применения разработанной методики для оценки влияния основных параметров на эффективность ее работы на различных этапах эксплуатации.

Выполнен анализ состояния развития блочно-комплектного оборудования и сформулированы направления дальнейшего развития ЦК.

На основе анализа состояния развития ГТП, создаваемого на основе конвертированных ГТД, и расчетного анализа эффективности различных схем ГТП со сложным рабочим циклом сформулированы требования с целью дальнейшего развития принципов конвертирования авиационных ГТД и создания на основе достижений авиационного и судового двигателестроения высокоэффективного ГТП промышленного типа с повышенным ресурсом эксплуатации.

На основе системного подхода к анализу особенностей рабочего процесса ТКУ, отдельных достижений в области компрессоростроения и газотурбостроения, энерготехнологического и утилизационного оборудования сформулированы предложения по перспективам развития блочно-комплектных ТКУ нефтяной и газовой промышленности.

Ключевые слова: турбокомпрессорная установка, системный метод, термодинамический анализ, эксергетический подход, центробежный компрессор, газотурбинный привод.

ABSTRACT

Parafejnik V.P. Scientific basis for updating turbocompressor units with gas turbine drive. - Manuscript.

Dissertation submitted for a Doctor of Science Degree in technical sciences on speciality 05.05.16 - Turbo - Machines and Turbo - Installations - A.N. Podgorny Institute of Mechanical Engineering Problems of NAS of Ukraine: Kharkiv, 2008.

Dissertation is devoted to research and development of modular-completed turbocompressor units (TCU) and packages with gas turbine drive for compressor stations of gas mains, underground storage of gas, oil gas lift, back pumping out of natural and oil gas which allow to create and put into operation the installations of gas and oil industry on turn key basis.

On the basis of the offered mathematical models methods of analysis and development of process diagrams of TCU and turbocompressor packages which are manufactured on the basis of centrifugal compressors and gas turbine engines of air-craft and marine type are created.

Mathematical models are developed with application of results of analytical and experimental researches of TCU elements, structuring of process diagrams, application of integral criterion of efficiency as exergetique efficiency. Optimal conditions of units operation meeting minimum consumption of gas turbine fuel gas are determined with application of system method of analysis and exergetique approach at conducting thermodynamic analysis of TCU process diagrams.

Methods of researching efficiency and designing of TCU diagrams is put into practice at special design bureau of turbomachinery at J.S.C. “Sumy Frunze NPO”.

Keywords: turbocompressor units, system method, thermo-dynamic analysis, exergetique approach, centrifugal compressor, gas turbine drive.

Размещено на Allbest.ru